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引言 信息技術的發展讓因特網和移動通信無孔不入地滲透到我們的生活中來，各種無線通信技術的日趨成熟給這個新的浪潮起到了推波助瀾的作用。而家庭網絡的出現和發展為信息社會注入了新的生機和活力，逐漸勾勒出了在科幻小說里才有的智能家庭的輪廓。 智能家庭網絡是指將家庭內部所有的電氣設備和信息設備連接起來而組成的網絡，實現智能控制、數據采集、信息通信等功能。如果采用傳統的布線方式，不僅影響美觀，難以滿足防火要求，還延長了網絡的布置時間。所以，實現家庭網絡最理想的技術是無線通信技術，在目前的藍牙技術和802.11b還無法突破價格瓶頸的情況下，可以采用較為廉價的NRF401無線收發模塊和MCS-51系列的80C51單片機，結合外圍設備來實現家庭智能控制網絡的無線數據通信。 系統的組成及工作原理 系統原理結構圖如圖1所示。無線通信電路由89C51單片機、NRF401無線收發模塊及其他外圍設備組成，構成了智能家庭網絡的一部分。在主控制器的控制下，可以通過該電路（圖中手持遙控部分）與網絡基站（與手持遙控通信的模塊部分）進行通信，通過接口電路對連入網絡的設備進行控制。 在圖1的手持遙控部分中，設置了液晶顯示以實現人機對話，通過鍵盤的輸入和網絡基站系統進行映射，以實現對設備的控制。此外，為了提高系統的可靠性，電路中還加了MAX813L作為看門狗來監視CPU的工作。 1．NRF401的特點及工作原理 NRF401收發模塊是集成度很高的無線數傳產品，工作頻段為433MHz；采用FSK調制，抗干擾能力強；采用DSS＋PLL頻率合成技術，頻率穩定性好；靈敏度高，功耗小，接收待機狀態時，電流僅8μＡ；具有多頻段切換功能；工作速率最高為20kbit/s。外設很簡單，幾乎可以不需要無線電的專業知識就可以進行無線傳輸設計。通過80C51的P1.1口控制PWR_UP，PWR_UP=“1”，表示進入正常工作模式，PWR_UP=“0”，表示進入接收待機模式；P1.2接NRF401的CS，進行發送和接受頻率選擇，CS＝“1”，表示中心頻率為434.32MHz，CS＝“0”，表示中心頻率為433.92MHz；P1.3控制NRF401 TXEN端，TXEN=“1”，表示進入發送模式，TXEN=“0”，表示進入接收模式。 2．主電路程序流程 在家居網絡中，各業主之間的信息干擾是一個不容忽視的問題，為了解決這個問題，可以引進廣域網中的網絡地址分配的概念，給每個智能小區分配一個高級網絡地址，同一小區中的各個業主分配不同的中級網絡地址，業主的各個無線通信子系統分配低級網絡地址。因此，在80C51啟動后，需要先設置通信小系統的網絡地址，同時，為了信息的保密和防止信息被任意更改，程序中進行加密設計，設置了用戶級別。設置正確后，進入正常工作狀態。如果需要進行信息修改和信息發送操作，首先需要輸入并確認密碼是否正確，正確后才能進行信息修改和發送等操作。如果需要發送信息，首先在主程序中發送一個數據，然后進入80C51的中斷程序進行其他數據的發送。主程序的流程圖如圖2所示。 3．通信編碼以及串行中斷流程 由于供電電源、噪聲以及傳輸路徑等因素的影響，傳輸的數據容易受到外界干擾。為了正確、快速地發送和接收數據，需要一份簡單且能夠檢錯的通信協議，通過選用合適的差錯控制方法和檢錯編碼方法可以實現這一點。本文采用檢錯重發法(ＡＲＱ)的差錯控制方法，校驗和加垂直水平奇偶校驗的編碼方式。 在無線通信協議中，必須有握手信號。通過實驗測試發現，在0FFH后接00H在干擾信號中很少出現。為了提高有效信號接收率，發送數據的握手信號為0FFH、0FFH、00H。而接收端把接收到0FFH、0FFH、00H；0FFH、**H、00H；**H、0FFH，00H作為握手信號。同時，為了增加信號的信息量，在協議包增加了命令單元，一個協議包有6個數據。因此，一個協議包中包含以下內容： 0FFH、0FFH、00H、命令單元、數據1、數據2……數據5、數據6、校驗和、垂直校驗碼、水平校驗碼。 命令單元包含發送模塊網絡地址、接受模塊網絡地址、數據類型、反饋信號等信息。 在主程序中進行了相應的設置后，串行中斷程序流程圖如圖3所示。 對于手持遙控部分，為了便于放置和攜帶，采用兩節5號電池供電，由于手持系統的工作電壓為5V，因此需要設計DC/DC變換電路。本設計中選用了MAXIM公司的MAX756芯片，該芯片設計電路簡單，輸入電壓可以低至0.7V，效率較高，而且可以進行電池監控，輸出電壓可以通過芯片管腳設置選擇輸入3V和5V兩種電壓。 結束語 在本系統設計中，通過3級網絡地址的設計克服了多機通信時的相互干擾問題；通過加密設計，設計了用戶級別；通過校驗和加垂直水平奇偶校驗的編碼校驗方式，提高了通信的可靠性。整個系統的電路比較簡單，便于投入實際應用。 參考文獻 1 胡道元. 計算機局域網. 清華大學出版社，1996 2 李華. MCS-51系列單片機實用接口技術 北京航空航天大學出版社，1993 3 何立民. 單片機應用系統設計. 北京航天航空大學出版社，1990 |
